高速鐵路高架橋區(qū)段雷擊電磁暫態(tài)模型研究.pdf

1、我國高速鐵路在設(shè)計(jì)建造中大量采用高架橋結(jié)構(gòu)，已開通高速鐵路中高架橋區(qū)段比例達(dá)54％。相比路基段，高架橋區(qū)段接觸網(wǎng)位置較高，學(xué)者通過電氣幾何模型和先導(dǎo)傳播模型研究發(fā)現(xiàn)，高架橋區(qū)段接觸網(wǎng)引雷范圍增加，遭受雷擊概率增大。雷擊高速鐵路接觸網(wǎng)可能導(dǎo)致運(yùn)行故障，引起列車延誤，嚴(yán)重時(shí)會危害列車安全和人員安全。由于高架橋內(nèi)部鋼筋網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)存在，雷擊時(shí)高速鐵路高架橋區(qū)段的電磁暫態(tài)過程復(fù)雜，且高架橋有不同結(jié)構(gòu)形式和幾何參數(shù)，得到準(zhǔn)確的高架橋電磁暫態(tài)模型難度較

2、大。因此，推導(dǎo)高速鐵路高架橋區(qū)段電磁暫態(tài)模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行雷擊特性研究，對于高速鐵路雷電防護(hù)具有重要意義。
　　首先，分析了常見雷電流頻譜，確定了進(jìn)行雷擊電磁暫態(tài)研究時(shí)需要考慮的頻率范圍。其次，基于“黑箱理論”將高架橋作為整體考慮，以接觸網(wǎng)支柱底端為端口，研究端口阻抗特性，并分析了結(jié)構(gòu)形式和幾何參數(shù)對高架橋阻抗特性的影響。再次，利用矢量匹配法求取高架橋阻抗函數(shù)，根據(jù)電網(wǎng)絡(luò)理論知識推導(dǎo)高架橋阻抗函數(shù)對應(yīng)無源端口等值電路，選擇不同雷

3、電流波形對等值電路進(jìn)行沖擊條件下等效性驗(yàn)證。然后，研究了不同絕緣子閃絡(luò)判據(jù)的差異，建立了高速鐵路高架橋區(qū)段雷擊電磁暫態(tài)模型。最后，利用建立的高速鐵路高架橋區(qū)段電磁暫態(tài)模型，研究了雷擊點(diǎn)、接地電阻和高架橋高度因素對于接觸網(wǎng)耐雷水平影響。
　　通過分析雷電流頻譜，確定電磁暫態(tài)研究時(shí)計(jì)算頻率范圍應(yīng)高于5MHz。研究發(fā)現(xiàn)幾何結(jié)構(gòu)對高架橋阻抗特性有較大影響，不同高架橋阻抗曲線峰值數(shù)量、峰值幅值和峰值間隔有差異，首個(gè)峰值高于后續(xù)峰值，且首個(gè)峰

4、值位于0～5MHz頻率范圍內(nèi)。經(jīng)驗(yàn)證，等值電路可以在沖擊條件下等效高架橋。實(shí)際運(yùn)行時(shí)絕緣子兩端電壓波形不是標(biāo)準(zhǔn)波形，判斷采用定義法判據(jù)絕緣子不正確，發(fā)現(xiàn)采用先導(dǎo)法判據(jù)絕緣子閃絡(luò)符合物理過程。計(jì)算了兩種典型波形雷電下高架橋區(qū)段接觸網(wǎng)耐雷水平，發(fā)現(xiàn)繞擊耐雷水平較小，僅為-3.2～-3.4kA，基本不受接地電阻和高架橋影響。反擊耐雷水平隨著接地電阻增大、高架橋橋墩高度增加而減小。在波前時(shí)間較短雷電流雷擊時(shí)，反擊耐雷水平要遠(yuǎn)低于波前時(shí)間較長雷電